Desenvolvimento de compósitos flexíveis de PVDF/BaTiO₃ para aplicações eletromecânicas

dc.contributor.advisor-co1Ruiz, Yurimiler Leyet
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8018824878841214
dc.contributor.advisor-co1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-5774-5391
dc.contributor.advisor1Luz, Ana Paula da
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3470395641242374
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-5941-5388
dc.contributor.authorSilva, Eliezer Costa
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/9741932972647323
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0002-2710-9853
dc.contributor.refereeLeite, Edson Roberto
dc.contributor.refereeZambrano, Michel Venet
dc.contributor.refereeDias , Jeferson Almeida
dc.contributor.refereeGarcia, Ramón Raudel Peña
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/1025598529469393
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/4256279833398263
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/8402138016291171
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/2997448735629942
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-0513-9939
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-0969-4999
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0001-8066-3784
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-4945-1297
dc.date.accessioned2026-01-08T14:34:17Z
dc.date.issued2025-10-31
dc.description.abstractThe use of renewable energy sources contributes to reducing greenhouse gas emissions and mitigating the impacts of climate change. In this context, flexible composites based on poly(vinylidene fluoride)/barium titanate (PVDF/BaTiO3) have gained prominence in electromechanical applications, such as sensors and actuators, due to their combination of flexibility with favorable dielectric and piezoelectric properties. The efficiency of these composites depends directly on the structural, morphological, and dielectric characteristics of the BaTiO3 particles used as functional fillers. This work investigated the solid-state synthesis of BaTiO3 with sonochemical activation, evaluating different combinations of lowcost, lead-free, and environmentally friendly barium and titanium precursors. The combinations included BaCO3, Ba(NO3)2, C4H6BaO4, paired with C12H28O4Ti or TiO2, with pH used as an additional synthesis parameter. The results indicated that the combination of C4H6BaO4 and TiO2 favored the formation of the desired tetragonal phase. Sonochemical activation enhanced precursor reactivity, allowing a reduction in synthesis time and temperature to approximately 900°C. A pH variation between 2 and 12 significantly influenced the formation of the tetragonal phase, with pH 6 yielding optimal results, producing powders with 92.92% tetragonal phase, high purity, and a dielectric constant of approximately 1200. This material was used to fabricate flexible PVDF/BaTiO3 composites with different filler contents (2.5%, 5%, 7.5%, and 10% by weight). The composites showed increased β-phase content in PVDF, enhanced crystallinity, and dielectric properties. A 2.5 wt.% BaTiO3 amount increased tensile strength by 9%, while 10 wt.% raised the dielectric constant by approximately 36%. These findings highlight the importance of precise control over composition and synthesis parameters for developing scalable, lead-free composites with potential for electromechanical applications.eng
dc.description.resumoO uso de fontes renováveis de energia contribui para a redução das emissões de gases de efeito estufa, mitigando os impactos das mudanças climáticas. Nesse contexto, compósitos flexíveis à base de poli(fluoreto de vinilideno)/titanato de bário (PVDF/BaTiO3) têm se destacado em aplicações eletromecânicas, como sensores e atuadores, por aliarem flexibilidade às propriedades dielétricas e piezoelétricas. A eficiência desses compósitos depende diretamente das características estruturais, morfológicas e dielétricas das partículas de BaTiO3 utilizadas como carga funcional. Este trabalho investigou a síntese de BaTiO3 por reação em estado sólido com ativação sonoquímica, avaliando diferentes combinações de precursores de bário e titânio de baixo custo, livres de chumbo e com menor impacto ambiental. As combinações envolveram BaCO3, Ba(NO3)2 e C4H6BaO4, associados a C12H28O4Ti e TiO2 e variação do pH como parâmetro de síntese adicional. Os resultados indicaram que a combinação entre C4H6BaO4 (acetato de bário) e TiO2 (dióxido de titânio) favoreceu a formação da fase tetragonal desejada. A ativação sonoquímica promoveu maior reatividade entre os precursores, permitindo reduzir o tempo e a temperatura de síntese para cerca de 900 °C. A variação do pH entre 2 e 12 evidenciou influência significativa na formação da fase tetragonal, sendo o pH 6 a condição ideal, resultando em pós com 92,92% de fase tetragonal, alta pureza e constante dielétrica aproximada de 1200. Esse material foi utilizado na formulação de compósitos flexíveis PVDF/BaTiO3 com diferentes teores de carga (2,5%, 5%, 7,5% e 10% em peso). Os compósitos apresentaram incremento na fase β do PVDF, na cristalinidade e nas propriedades dielétricas. O teor de 2,5% de BaTiO3 promoveu aumento de 9% na resistência à tração, enquanto a carga de 10% elevou a constante dielétrica em cerca de 36%. Os resultados demonstram que o controle da composição e das condições de síntese é essencial para o desenvolvimento de compósitos escaláveis, livres de chumbo e com potencial para aplicações eletromecânicas.por
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipId88887.671758/2022-00
dc.description.sponsorshipId88887.907206/2023-00
dc.identifier.citationSILVA, Eliezer Costa. Desenvolvimento de compósitos flexíveis de PVDF/BaTiO₃ para aplicações eletromecânicas. 2025. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23368.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23368
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
dc.relation.urihttps://ceramics.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ijac.70054
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectTitanato de Báriopor
dc.subjectPoli(fluoreto de vinilideno)por
dc.subjectCompósitos flexíveispor
dc.subjectAtivação sonoquímicapor
dc.subjectDispositivos eletromecânicospor
dc.subjectSustentabilidadepor
dc.subjectBarium titanateeng
dc.subjectPoly(vinylidene fluoride)eng
dc.subjectFlexible compositeseng
dc.subjectSonochemical activationeng
dc.subjectElectromechanical deviceseng
dc.subjectSustainabilityeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
dc.subject.ods7. Energia limpa e acessível
dc.subject.ods12. Consumo e Produção Responsáveis
dc.titleDesenvolvimento de compósitos flexíveis de PVDF/BaTiO₃ para aplicações eletromecânicaspor
dc.title.alternativeDevelopment of flexible PVDF/BaTiO₃ composites for electromechanical applicationseng
dc.typeTese

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